Białka przystosowane do zimna pomagają zapobiegać zamarzaniu
Enzymy przystosowane do zimna, które zachowują wysoką aktywność w niskich temperaturach, są przedmiotem zainteresowania w różnych dziedzinach biotechnologii, takich jak opracowywanie detergentów czy przetwórstwo spożywcze. Białka wiążące lód chronią organizmy w zimnych siedliskach przed zamarzaniem lub uszkodzeniem tkanek poprzez hamowanie tworzenia się kryształów lodu. Białka te mają potencjał w zakresie wykorzystania w przemyśle jako produkty zapobiegające zamarzaniu. Łączenie biologii systemów z bioinformatyką Projekt badawczy MeTABLE, realizowany przy wsparciu programu Marie Curie, stanowił wspólny wysiłek na rzecz uzyskania nowej wiedzy na temat mechanizmu przystosowania organizmów żyjących w zimnych środowiskach. Partnerzy przemysłowi i akademiccy połączyli bioinformatykę, biologię molekularną i biochemię w celu opracowania narzędzi do analizy genomowej i ukierunkowanej ewolucji enzymów z drobnoustrojów antarktycznych. „Pomysł polegał na scharakteryzowaniu i wytworzeniu bioaktywnych molekuł z mikroorganizmów przystosowanych do zimnego klimatu”, wyjaśnia koordynatorka projektu, dr Sandra Pucciarelli. Badacze przeanalizowali i opisali sekwencje genomu z psychrofilnych i mezofilnych pierwotniaków oraz opracowali nowe narzędzia do analizy genomowej mikroorganizmów ze środowisk ekstremalnych. Badania szlaków metabolicznych ekstremofilów pomogły zespołom naukowym zrozumieć adaptację środowiskową do temperatur poniżej zera stopni oraz wykorzystanie nowych enzymów do celów przemysłowych. Odkryty potencjał w skali makro Szczepy bakterii wyizolowane z ekosystemów morskich Antarktyki, takie jak gatunek Marinomonas, wykazały zdolność do recyklingu materiałów organicznych obecnych w dnie morskim oraz do wytwarzania wtórnych metabolitów. Naukowcy ujawnili obecność szlaków metabolicznych, które wykorzystują związki aromatyczne jako alternatywne źródła węgla lub inne zanieczyszczenia do produkcji antybiotyków. To odkrycie wskazało na możliwość potencjalnego wykorzystania tego gatunku bakterii do celów bioremediacji oraz do produkcji bioaktywnych cząsteczek. Amylazy hydrolizują skrobię i stanowią około 30 % światowego rynku enzymów o licznych zastosowaniach przemysłowych. Podczas realizacji projektu MeTABLE naukowcy wyizolowali amylazy o wysokiej aktywności w niskich temperaturach z antarktycznego pierwotniaka Euplotes focardii. Dzięki inżynierii molekularnej udało im się zwiększyć stabilność tych enzymów, czyniąc je mniej termolabilnymi i bardziej odpowiednimi do zastosowań przemysłowych. Część projektu była również poświęcona enzymom należącym do rodziny dysmutazy ponadtlenkowej, które biorą udział w detoksykacji podczas stresu oksydacyjnego. Biochemiczna charakterystyka tych cząsteczek dostarczyła ważnych informacji na temat sposobu ich działania. Zastosowanie odkryć MeTABLE w biotechnologii Ogólnie rzecz biorąc, badania przeprowadzone w projekcie MeTABLE doprowadziły do scharakteryzowania biomolekuł, które funkcjonują w niskich temperaturach, przy wysokim stężeniu soli lub w ekstremalnych warunkach dotyczących pH, i są powiązane z adaptacją do ekstremalnych środowisk. Cząsteczki te mogą być interesujące dla zastosowań przemysłowych, jak i dziedzin ważnych dla naszego codziennego życia, takich jak przetwórstwo żywności, konserwacja żywności i antybiotyki. W szczególności enzymy przystosowane do zimna zmniejszają zużycie energii w reakcjach katalitycznych w porównaniu z homologami mezofilnymi lub termofilnymi, zapewniając oczywiste korzyści ekonomiczne. Ponadto odkrycia projektu MeTABLE doprowadziły do powstania nowych, opatentowanych produktów o dużym potencjale w zakresie komercjalizacji. Pojawiły się nowe zastosowania, dotyczące na przykład odkażania wody czy opieki zdrowotnej, które mają znaczący wpływ na codzienne życie Europejczyków. Co ważne, projekt zwiększył widoczność jego partnerów w środowisku naukowym, kładąc podwaliny pod współpracę z przemysłem. Mówiąc o przyszłości, dr Pucciarelli twierdzi, że „dzięki racjonalnemu projektowaniu i ukierunkowanej ewolucji inżynieria białkowa jest sposobem na dostosowanie właściwości enzymów do wymagań określonych zastosowań”.
Słowa kluczowe
MeTABLE, białko, enzymy przystosowane do zimna, bioinformatyka, środowisko ekstremalne, metabolizm, ewolucja ukierunkowana, białka wiążące lód, amylaza, bioremediacja
